Материал может помочь Авто Включите тепла в электричество
Ученые изобрели новый термоэлектрический материал - в два раза превышает эффективность ничего в настоящее время на рынке - это будет сделать автомобили еще более эффективным путем преобразования отходов тепла обычно освобождены через выхлопных газов двигателя в электричество.
Та же самая технология может работать на мощности генераторов и тепловых насосов, говорит руководитель проекта Иосиф Heremans, штат Огайо видный ученый в области нанотехнологий штата Огайо Univ.
эффективности термоэлектрического материала основана на сколько тепла можно преобразовать в электричество при заданной температуре. Ранее, наиболее эффективный материал, используемый в коммерческих целях в термоэлектрических генераторов власть натрий-легированных теллурида свинца, которые эффективности рейтинг 0,71. Нового материала, легированного таллием теллурида свинца, имеет рейтинг 1,5.
Что более важно, чтобы Heremans является то, что новый материал является наиболее эффективным в пределах от 450 ° F и 95 ° F - типичный диапазон температур для энергосистем, таких как автомобильные двигатели. Ученые обнаружили, что около 45 ° F, материал преобразуется тепло в электричество с эффективностью рейтинг около 0,75, что близко к натрия, легированных теллурида. Но, как температура поднялась, так же эффективность нового материала, который достиг 95 ° F с рейтингом 1,5.
"Материала делает всю работу. Производит электроэнергию так же, как обычные тепловые двигатели (паровые двигатели, газовые или дизельные двигатели), которые соединены с электрическими генераторами, но она использует электроны в качестве рабочей жидкости вместо воды или газа и делает электричество напрямую ".
Некоторые эксперты утверждают, что только около 25% энергии, производимой на типичный бензиновый двигатель используется для перемещения автомобиля или власти его принадлежности, и почти 60% потеряли в результате сброса отходов тепла, большая часть которой уходит в выхлопных газах двигателя. Термоэлектрические (TE) устройство может захватить часть этой отходящего тепла, Heremans говорит. Было бы также сделать практические дополнение к автомобильной, поскольку он не имеет движущихся частей, изнашивается или сломать.
"Термоэлектричество также очень малы. Я хотел бы сказать, что TE преобразователей в сравнении с другими тепловые двигатели как транзистора можно сравнить с вакуумной трубки", добавляет он.
Инженеры взяли уникальную стратегию для разработки этого нового материала. Нормальный подход к максимальной сумме электроэнергии, производимой TE материал, чтобы ограничить количество тепла, которое может пройти без захвата и преобразуется в электричество. Таким образом, типичные стратегии для создания хорошего TE материала приводит к снижению ее теплопроводность.
Heremans ранее пытались снизить теплопроводность путем создания наноразмерных структур, таких как нанопроводов в материалах. Наноструктур не очень стабильно, очень трудно сделать в больших количествах, и их трудно связать с обычными электронными схемами и внешних источников тепла.
Для нового материала, он и его коллеги не учли фантазии наноструктур, а вместо этого сосредоточили на преобразовании максимальное количество тепла, которое, естественно захваченных в материале. Для этого они воспользовались некоторые новые идеи в квантовой механике.
Heremans указал на 2006 документе, опубликованном других исследователей, которые предложили такие элементы, как таллия и теллура могут взаимодействовать на квантово-механическом уровне для создания резонанса между таллия электронов и те, в принимающей теллурида свинца термоэлектрического материала, в зависимости от облигаций между атомами.
"Все сводится к своеобразное поведение электрона в атоме таллия, когда он теллура соседей", говорит он. "Мы бы работали 10 лет инженером такого рода поведение, используя различные виды наноструктурных материалов, но с ограниченным успехом. Потом я увидел этот документ, и я знал, мы могли бы сделать то же самое мы бы пытался это сделать с наноструктур, но при этом объеме полупроводника, а не ".
Команда Heremans 'продолжает работу над этой запатентованной технологии. "Мы надеемся, пошел гораздо дальше. Я думаю, что это должно быть вполне можно применять и другие уроки, извлеченные из термоэлектрические нанотехнологии для повышения рейтинга другой в два раза. Вот что мы съемке сейчас, говорит он.
